JP2012019730A - Lignocellulosic biomass saccharification pre-treatment device - Google Patents

Lignocellulosic biomass saccharification pre-treatment device Download PDF

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剛志 馬場
Junji Yasuda
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lignocellulosic biomass saccharification pre-treatment device capable of effectively producing a pretreated material for saccharification in which ammonia gas is separated in a lignocellulosic biomass saccharification pre-treatment.SOLUTION: The lignocellulosic biomass saccharification pre-treatment device includes: a storage unit 3 which stores a substance mixture obtained by mixing lignocellulosic biomass and ammonia water and which obtains a pretreated material for saccharification dissociated or the like with lignin; a separation unit 4 which separates ammonia gas by heating a pretreated material for saccharification; a collection unit 5 which collects the ammonia gas as the ammonia water; a first heat recovery unit 25 which recovers heat-of-dissolution generated when ammonia gas is dissolved in water, and the heat supply units 8, 9, 10 which generate heat by using heat-of-dissolution recovered by the first heat recovery unit 25 and supply the heat to the separation unit 4.

Description

本発明は、リグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置に関する。   The present invention relates to a lignocellulosic biomass saccharification pretreatment apparatus.

従来、稲藁等のリグノセルロース系バイオマスを基質として溶媒と混合した基質混合物を、微生物が産生する糖化酵素によって糖化することにより糖化溶液を得て、糖化溶液を発酵させることによりエタノールを製造することが知られている。ここで、リグノセルロース系バイオマスは、セルロース又はヘミセルロースにリグニンが強固に結合した構成を備えている。   Conventionally, ethanol is produced by obtaining a saccharified solution by saccharifying a substrate mixture obtained by mixing lignocellulosic biomass such as rice straw with a solvent using a saccharifying enzyme produced by a microorganism, and fermenting the saccharified solution. It has been known. Here, lignocellulosic biomass has a structure in which lignin is firmly bound to cellulose or hemicellulose.

そのため、リグノセルロース系バイオマスとアンモニア水とを混合した基質混合物を加熱することにより、リグノセルロース系バイオマスに含まれるリグニンを解離し、又はリグノセルロース系バイオマスを膨潤させ、セルロース又はヘミセルロースを糖化可能にした糖化前処理物を得る。   Therefore, by heating the substrate mixture in which lignocellulosic biomass and ammonia water are mixed, the lignin contained in the lignocellulosic biomass is dissociated, or the lignocellulosic biomass is swollen so that cellulose or hemicellulose can be saccharified. A pre-saccharification product is obtained.

そして、糖化される糖化前処理物のpHを至適pHに調整するpH調整剤の使用量を低減するために、アンモニアを分離した糖化前処理物を得る糖化前処理を行うことが知られている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。   In order to reduce the amount of a pH adjuster that adjusts the pH of the saccharification pretreatment product to be saccharified to an optimum pH, it is known to perform saccharification pretreatment to obtain a saccharification pretreatment product from which ammonia has been separated. (For example, see Patent Document 1 and Patent Document 2).

特表2008−535524号公報Special table 2008-535524 gazette 特開2010−115162号公報JP 2010-115162 A

しかしながら、特許文献1記載の糖化前処理では、0.18〜15質量%の低濃度のアンモニア水が用いられているので、糖化前処理物を加熱して糖化前処理物からアンモニアを分離するための熱エネルギーが増加し、製造コストが増大する。   However, in the saccharification pretreatment described in Patent Document 1, 0.18 to 15% by mass of low-concentration aqueous ammonia is used, so that the saccharification pretreatment product is heated to separate ammonia from the saccharification pretreatment product. The heat energy increases and the manufacturing cost increases.

また、特許文献2記載の糖化前処理では、リグノセルロース系バイオマスに対するアンモニア水の供給量が多く使用されている。さらに、糖化前処理物全体を所定温度にまで加熱した後、糖化前処理物からアンモニアを分離する。従って、糖化前処理物からアンモニアを分離するための熱エネルギーが増加し、製造コストが増大するという不都合が生じる。   Moreover, in the saccharification pretreatment described in Patent Document 2, a large amount of ammonia water is supplied to lignocellulosic biomass. Furthermore, ammonia is separated from the pre-saccharification product after the entire pre-saccharification product is heated to a predetermined temperature. Accordingly, there arises a disadvantage that the heat energy for separating ammonia from the pre-saccharification product increases and the production cost increases.

本発明は、かかる不都合を解消して、リグノセルロース系バイオマスの糖化前処理にアンモニア水を用いるときに、アンモニアが分離された糖化前処理物を効率よく製造することができるリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置を提供することを目的とする。   The present invention eliminates such disadvantages, and when ammonia water is used for pre-saccharification of lignocellulosic biomass, the pre-saccharification pre-saccharification product from which ammonia has been separated can be efficiently produced. An object is to provide a processing apparatus.

本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置は、基質であるリグノセルロース系バイオマスとアンモニア水とを混合した基質混合物を得る混合手段と、該混合手段により得られた該基質混合物を貯留して、該基質からリグニンを解離し、又は該基質を膨潤させた糖化前処理物を得る貯留手段と、該貯留手段から供給される糖化前処理物を加熱して該糖化前処理物からアンモニアガスを連続して分離する分離手段とを備えるリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置であって、該分離手段で分離されたアンモニアガスを水に溶解させてアンモニア水として回収するアンモニア回収手段と、該アンモニア回収手段でアンモニアガスを水に溶解させるときに生成する溶解熱を回収する第1の熱回収手段と、該第1の熱回収手段で回収された該溶解熱を熱源として該分離手段に供給される熱を生成し、該熱を該分離手段に供給する熱供給手段とを備えることを特徴とする。   The lignocellulosic biomass saccharification pretreatment device of the present invention stores a substrate mixture obtained by mixing lignocellulosic biomass and ammonia water as a substrate, and the substrate mixture obtained by the mixing unit, A storage means for obtaining a pre-saccharification product that dissociates lignin from the substrate or swells the substrate, and a saccharification pre-process product supplied from the storage means is heated to continuously supply ammonia gas from the pre-saccharification product. A pretreatment device for lignocellulosic biomass saccharification comprising a separation means for separating the ammonia gas, the ammonia recovery means for dissolving the ammonia gas separated by the separation means in water and recovering it as ammonia water, and the ammonia recovery means A first heat recovery means for recovering heat of dissolution generated when ammonia gas is dissolved in water, and recovery by the first heat recovery means The a solution antipyretic generates heat supplied to the separating means as a heat source, the heat characterized by comprising a heat supply means for supplying to said separating means.

本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置では、まず、基質であるリグノセルロース系バイオマスとアンモニア水とが、混合手段において混合され、基質混合物となる。   In the lignocellulosic biomass saccharification pretreatment device of the present invention, first, the lignocellulosic biomass as a substrate and aqueous ammonia are mixed in a mixing means to form a substrate mixture.

次に、基質混合物は貯留手段で貯留されて、リグノセルロース系バイオマスからリグニンを解離し、又はリグノセルロース系バイオマスを膨潤させた糖化前処理物となる。   Next, the substrate mixture is stored by the storage means, and becomes a saccharification pretreatment product in which lignin is dissociated from lignocellulosic biomass or lignocellulosic biomass is swollen.

本願において、解離とは、リグノセルロース系バイオマスのセルロース又はヘミセルロースに結合しているリグニンの結合部位のうち、少なくとも一部の結合を切断することをいう。また、膨潤とは、液体の浸入により結晶性セルロースを構成するセルロース又はヘミセルロースに空隙が生じ、又は、セルロース繊維の内部に空隙が生じて膨張することをいう。   In the present application, dissociation means that at least a part of the binding sites of lignin bonded to cellulose or hemicellulose of lignocellulosic biomass is broken. Swelling means that voids are generated in cellulose or hemicellulose constituting crystalline cellulose by the intrusion of liquid, or voids are generated inside cellulose fibers to expand.

次に、糖化前処理物は、貯留手段から分離手段に供給された後、分離手段において加熱されながら、アンモニアガスが連続して分離される。この結果、糖化前処理物からアンモニアガスが分離された糖化前処理物を得ることができる。   Next, after the pre-saccharification product is supplied from the storage unit to the separation unit, ammonia gas is continuously separated while being heated in the separation unit. As a result, a pre-saccharification product in which ammonia gas is separated from the pre-saccharification product can be obtained.

一方、分離手段で分離されたアンモニアガスは、アンモニア回収手段で水に溶解されることによりアンモニア水として回収されるが、アンモニアガスは水に溶解される際に溶解熱を発生する。このため、アンモニア水の温度が上昇して、アンモニアの溶解度が低下し、アンモニアガスの回収が困難になることが懸念される。   On the other hand, the ammonia gas separated by the separation means is recovered as ammonia water by being dissolved in water by the ammonia recovery means, but the ammonia gas generates heat of dissolution when dissolved in water. For this reason, there is a concern that the temperature of the ammonia water rises, the solubility of ammonia decreases, and the recovery of ammonia gas becomes difficult.

そこで、本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置では、第1の熱回収手段を設け、溶解熱を回収する。溶解熱は、分離手段への熱供給手段の熱源として用いられ、糖化前処理物からアンモニアガスを分離するために糖化前処理物を加熱する分離手段に供給される。   Therefore, in the lignocellulosic biomass saccharification pretreatment apparatus of the present invention, first heat recovery means is provided to recover heat of dissolution. The heat of dissolution is used as a heat source of a heat supply means to the separation means, and is supplied to a separation means for heating the pre-saccharification product to separate ammonia gas from the pre-saccharification product.

従って、本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置によれば、溶解熱を熱源として熱供給手段により生成される熱を分離手段に供給することにより、エネルギー効率を高め、アンモニアが分離された糖化前処理物を効率よく製造することができる。   Therefore, according to the lignocellulosic biomass saccharification pretreatment device of the present invention, the heat generated by the heat supply means is supplied to the separation means using the heat of dissolution as a heat source, thereby improving the energy efficiency and saccharification from which ammonia has been separated. A pretreatment product can be manufactured efficiently.

さらに、本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置によれば、分離手段により糖化前処理物から分離されるアンモニアガスを水に溶解し、アンモニア水とするので、安全弁等の付帯設備を備えた圧力容器内に貯留する必要がなくなる。   Furthermore, according to the lignocellulosic biomass saccharification pretreatment device of the present invention, the ammonia gas separated from the saccharification pretreatment product by the separation means is dissolved in water to form ammonia water, and therefore, an auxiliary facility such as a safety valve is provided. There is no need to store in a pressure vessel.

本発明のリグノセルロース系バイオマスの糖化前処理装置において、前記熱供給手段は、熱伝達手段と、第1のヒートポンプ手段と、第2のヒートポンプ手段とからなり、該熱伝達手段は、前記第1の熱回収手段により回収された溶解熱を熱源として、該熱伝達手段内を循環する第1の熱媒体を加熱し、該第1のヒートポンプ手段に伝達される熱を生成し、該第1のヒートポンプ手段は、該熱伝達手段により伝達された熱を熱源として、該第1のヒートポンプ手段内を循環する第2の熱媒体を加熱し、該第2のヒートポンプ手段に供給される熱を生成し、該第2のヒートポンプ手段は、該第1のヒートポンプ手段により生成された熱を熱源として、該第2のヒートポンプ手段内を循環する第3の熱媒体を加熱し、前記分離手段に供給される熱を生成することが好ましい。   In the lignocellulosic biomass saccharification pretreatment apparatus of the present invention, the heat supply means includes a heat transfer means, a first heat pump means, and a second heat pump means, and the heat transfer means is the first heat transfer means. Heat of melting recovered by the heat recovery means is used as a heat source to heat the first heat medium circulating in the heat transfer means, to generate heat transferred to the first heat pump means, The heat pump means heats the second heat medium circulating in the first heat pump means by using the heat transferred by the heat transfer means as a heat source, and generates heat supplied to the second heat pump means. The second heat pump means uses the heat generated by the first heat pump means as a heat source, heats the third heat medium circulating in the second heat pump means, and is supplied to the separation means. heat Generation, it is preferable to.

熱供給手段では、第1の熱回収手段においてアンモニア水を冷却するための熱媒体の低い温度と、分離手段において糖化前処理物からアンモニアガスを十分に分離するために糖化前処理物を加熱する熱媒体の高い温度とが要求される。   In the heat supply means, the temperature of the heat medium for cooling the ammonia water in the first heat recovery means is low, and the saccharification pretreatment product is heated in the separation means in order to sufficiently separate the ammonia gas from the saccharification pretreatment product. A high temperature of the heat medium is required.

単一の熱媒体を用いた熱供給手段では、熱供給手段内を循環する熱媒体の体積比が大きくなり、また循環流量も大きくなる。そのため、圧縮機等の装置が大型化し、設備費用が増加し、製造コストの低減化が困難となる。   In the heat supply means using a single heat medium, the volume ratio of the heat medium circulating in the heat supply means increases and the circulation flow rate also increases. For this reason, an apparatus such as a compressor becomes large, equipment costs increase, and it becomes difficult to reduce manufacturing costs.

そのため、本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置の熱供給手段は、第2の熱媒体を用いた第1のヒートポンプ手段と、第3の熱媒体を用いた第2のヒートポンプ手段とを備え、さらに、第1のヒートポンプ手段と第2のヒートポンプ手段における熱媒体の圧縮に用いられるエネルギーを効率良く配分するために、第1の熱媒体を用いた熱伝達手段を備える。   Therefore, the heat supply means of the lignocellulosic biomass saccharification pretreatment apparatus of the present invention includes a first heat pump means using a second heat medium and a second heat pump means using a third heat medium. Furthermore, in order to efficiently distribute energy used for compression of the heat medium in the first heat pump means and the second heat pump means, a heat transfer means using the first heat medium is provided.

第1の熱回収手段において回収された溶解熱は、熱伝達手段の熱源として用いられ、第1の熱媒体を加熱する。そして、熱伝達手段により生成された熱は、第1のヒートポンプ手段に伝達される。   The heat of dissolution recovered in the first heat recovery means is used as a heat source of the heat transfer means, and heats the first heat medium. Then, the heat generated by the heat transfer means is transferred to the first heat pump means.

また、熱伝達手段により伝達された熱は、第1のヒートポンプ手段の熱源として用いられ、第2の熱媒体を加熱する。そして、第1のヒートポンプ手段により生成された熱は、第2のヒートポンプ手段に供給される。   The heat transferred by the heat transfer means is used as a heat source for the first heat pump means, and heats the second heat medium. Then, the heat generated by the first heat pump means is supplied to the second heat pump means.

さらに、第1のヒートポンプ手段により生成された熱は、第2のヒートポンプ手段の熱源として用いられ、第3の熱媒体を加熱する。そして、第2のヒートポンプ手段により生成された熱は、分離手段に供給される。   Further, the heat generated by the first heat pump means is used as a heat source for the second heat pump means to heat the third heat medium. Then, the heat generated by the second heat pump means is supplied to the separation means.

従って、本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置によれば、熱伝達手段により、第1の熱回収手段においてアンモニアガスが水に溶解する際の溶解熱を回収することができる。溶解熱の回収によりアンモニア水を冷却させるので、アンモニア水の温度の上昇を防止してアンモニアガスを容易に回収することができる。   Therefore, according to the lignocellulosic biomass saccharification pretreatment apparatus of the present invention, heat of dissolution when ammonia gas is dissolved in water in the first heat recovery means can be recovered by the heat transfer means. Since the ammonia water is cooled by collecting the heat of dissolution, the ammonia gas can be easily recovered by preventing the temperature of the ammonia water from rising.

そして、第2のヒートポンプ手段により、生成された熱を分離手段に供給し、糖化前処理物を加熱するので、糖化前処理物からアンモニアガスを十分に分離し、アンモニア回収手段におけるアンモニア水の回収量を増加させることができる。   Then, the generated heat is supplied to the separation means by the second heat pump means, and the pre-saccharification treatment product is heated, so that ammonia gas is sufficiently separated from the pre-saccharification treatment product and ammonia water is recovered in the ammonia recovery means. The amount can be increased.

本発明のリグノセルロース系バイオマスの糖化前処理装置において、前記分離手段で分離されたアンモニアガスから熱を回収する第2の熱回収手段を備え、前記熱伝達手段は、前記第1の熱回収手段により回収された溶解熱と、該第2の熱回収手段により回収された熱とを熱源として、前記第1の熱媒体を加熱し、前記第1のヒートポンプ手段に伝達される熱を生成することが好ましい。   The lignocellulosic biomass saccharification pretreatment apparatus of the present invention comprises a second heat recovery means for recovering heat from the ammonia gas separated by the separation means, wherein the heat transfer means is the first heat recovery means. The first heat medium is heated by using the heat of dissolution recovered by the above and the heat recovered by the second heat recovery means as a heat source to generate heat transmitted to the first heat pump means. Is preferred.

本発明のリグノセルロース系バイオマスの糖化前処理装置は、分離手段で分離されたアンモニアガスから熱を回収する第2の熱回収手段を備えることにより、アンモニアガスの余熱を回収することができ、装置のエネルギー効率をさらに高くすることができる。また、第2の熱回収手段によればアンモニアガスから余熱を回収することにより、アンモニアガスの水への溶解を容易にすることができる。   The lignocellulosic biomass saccharification pretreatment device of the present invention includes the second heat recovery means for recovering heat from the ammonia gas separated by the separation means, whereby the residual heat of the ammonia gas can be recovered. The energy efficiency of can be further increased. Further, according to the second heat recovery means, it is possible to easily dissolve the ammonia gas in water by recovering the residual heat from the ammonia gas.

また、本発明のリグノセルロース系バイオマスの糖化前処理装置において、前記熱伝達手段は、該熱伝達手段内を循環する第1の熱媒体を貯留し、該熱伝達手段内を循環する該第1の熱媒体と前記第2の熱媒体又は前記第3の熱媒体との流量比率を調整する流量調整手段を備えることが好ましい。   Further, in the lignocellulosic biomass pre-saccharification pretreatment apparatus of the present invention, the heat transfer means stores a first heat medium circulating in the heat transfer means and the first heat medium circulating in the heat transfer means. It is preferable to provide a flow rate adjusting means for adjusting a flow rate ratio between the heat medium and the second heat medium or the third heat medium.

本発明のリグノセルロース系バイオマスの糖化前処理装置は、流量調整手段を備えることにより、熱供給手段内を循環する第1の熱媒体と第2の熱媒体又は第3の熱媒体との流量比率を調整し、第1、第2及び第3の熱媒体の温度を調整する。従って、バイオマスやアンモニアガスの負荷変動に対して、第1及び第2のヒートポンプ手段の負荷の変動を抑制することができる。   The lignocellulosic biomass saccharification pretreatment apparatus of the present invention includes a flow rate adjusting means, whereby a flow rate ratio between the first heat medium circulating in the heat supply means and the second heat medium or the third heat medium. To adjust the temperatures of the first, second, and third heat carriers. Therefore, fluctuations in the load of the first and second heat pump means can be suppressed with respect to fluctuations in the load of biomass and ammonia gas.

さらに、本発明のリグノセルロース系バイオマスの糖化前処理装置において、前記分離手段内の前記糖化前処理物の流れと前記第3の熱媒体の流れとが対向流であることが好ましい。   Furthermore, in the lignocellulosic biomass pre-saccharification pretreatment apparatus of the present invention, it is preferable that the flow of the pre-saccharification product in the separation means and the flow of the third heat medium are counterflows.

分離手段に供給される糖化前処理物は、分離手段内で加熱されることによりアンモニアを放散するので、糖化前処理物が分離手段に供給されてから分離手段から排出されるまでの間、糖化前処理物中のアンモニア水の濃度が低下する。また、糖化前処理物中のアンモニア水の濃度が低下すると、アンモニア水の沸点が上昇する。   The saccharification pretreatment product supplied to the separation means releases ammonia by being heated in the separation means, so that the saccharification is performed after the saccharification pretreatment product is supplied to the separation means and discharged from the separation means. The concentration of ammonia water in the pretreated product decreases. Moreover, when the density | concentration of the ammonia water in a pre-saccharification processed material falls, the boiling point of ammonia water will rise.

そこで、分離手段は、糖化前処理物が分離手段に供給されてから分離手段から排出されるまでの間、糖化前処理物からアンモニアガスを十分に分離するために、分離手段内を流れる糖化前処理物の温度をアンモニア水の濃度に対応した沸点の温度とする必要がある。   Therefore, the separation means is provided before the saccharification flowing in the separation means in order to sufficiently separate ammonia gas from the saccharification pretreatment product after the saccharification pretreatment product is supplied to the separation means and discharged from the separation means. It is necessary to set the temperature of the treated product to a boiling point corresponding to the ammonia water concentration.

従って、分離手段内の糖化前処理物の流れと第3の熱媒体の流れとが対向流であることから、糖化前処理物が分離手段に供給されてから分離手段から排出されるまでの間、糖化前処理物からアンモニアガスを十分に分離するために必要な糖化前処理物と第3の熱媒体との温度差を実現でき、効率の良い熱交換を行うことができる。   Accordingly, since the flow of the pre-saccharification product in the separation means and the flow of the third heat medium are counterflows, the period from when the pre-saccharification treatment product is supplied to the separation means until it is discharged from the separation means. The temperature difference between the pre-saccharification product and the third heat medium required for sufficiently separating ammonia gas from the pre-saccharification product can be realized, and efficient heat exchange can be performed.

本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置のシステム構成図。The system block diagram of the lignocellulose biomass saccharification pre-processing apparatus of this invention.

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

図1に示すように、本実施形態のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置1は、基質であるリグノセルロース系バイオマス(以下、バイオマスと略記することがある)とアンモニア水とを混合した基質混合物を得るミキサー2と、ミキサー2で得られた基質混合物を所定温度で所定時間貯留することにより、バイオマスからリグニンを解離し、又はバイオマスを膨潤させた糖化前処理物を得る貯留タンク3と、糖化前処理物を加熱して糖化前処理物からアンモニアガスを分離する分離装置4と、分離装置4で分離されたアンモニアガスを水に吸収させてアンモニア水として回収する吸収塔5と、分離装置4でアンモニアガスが分離された糖化前処理物を導出して後工程6に移送する移送導管7とを備えている。   As shown in FIG. 1, the lignocellulosic biomass saccharification pretreatment device 1 of this embodiment is a substrate mixture obtained by mixing lignocellulosic biomass as a substrate (hereinafter sometimes abbreviated as biomass) and ammonia water. A mixer 2 to be obtained, a storage tank 3 for obtaining a pre-saccharification product obtained by dissociating lignin from biomass or swelling the biomass by storing the substrate mixture obtained by the mixer 2 at a predetermined temperature for a predetermined time, and before saccharification A separation device 4 that heats the processed product to separate ammonia gas from the pre-saccharification product, an absorption tower 5 that absorbs the ammonia gas separated by the separation device 4 into water and recovers it as ammonia water, and a separation device 4 And a transfer conduit 7 for deriving the pre-saccharification product from which ammonia gas has been separated and transferring it to the subsequent step 6.

また、吸収塔5によりアンモニアガスを水に溶解させる際に発生する溶解熱を回収し、回収した溶解熱を分離装置4に供給する熱を生成するため、第1熱媒体が流れる熱伝達管路8と、第2熱媒体を用いる第1ヒートポンプ9と、第3熱媒体を用いる第2ヒートポンプ10とを備える。   In addition, the heat transfer pipe through which the first heat medium flows in order to recover the heat of dissolution generated when the ammonia gas is dissolved in water by the absorption tower 5 and generate the heat that supplies the recovered heat of dissolution to the separation device 4 8, a first heat pump 9 using a second heat medium, and a second heat pump 10 using a third heat medium.

ミキサー2上部には、バイオマスが投入される投入口11を備えると共に、アンモニア水を供給するアンモニア水供給導管12が接続されている。アンモニア水供給導管12は、上流側端部がアンモニア水タンク13に接続されており、途中にポンプ14を備えている。また、ミキサー2下部には、ミキサー2からの基質混合物を貯留する貯留タンク3が接続されている。   An upper part of the mixer 2 is provided with an inlet 11 through which biomass is introduced, and an ammonia water supply conduit 12 for supplying ammonia water is connected. The ammonia water supply conduit 12 has an upstream end connected to an ammonia water tank 13 and is provided with a pump 14 on the way. Further, a storage tank 3 for storing the substrate mixture from the mixer 2 is connected to the lower part of the mixer 2.

貯留タンク3は、貯留タンク3下部に、基質混合物を所定時間貯留することにより得られる糖化前処理物を分離装置4に移送するパウダーフィーダ15を備えている。   The storage tank 3 includes a powder feeder 15 at the bottom of the storage tank 3 that transfers the pre-saccharification product obtained by storing the substrate mixture for a predetermined time to the separation device 4.

分離装置4は、第2ヒートポンプ10から供給された熱により糖化前処理物を加熱し、糖化前処理物からアンモニアガスを連続して分離するように構成されている。例えば、分離装置4は、本体シェル内に設けられた多管式加熱管に熱媒体を流し、多管式加熱管を回転させて、加熱管束と糖化前処理物との接触により糖化前処理物を加熱し、糖化前処理物からアンモニアを放散させてアンモニアガスを分離する。   The separation device 4 is configured to heat the pre-saccharification product with heat supplied from the second heat pump 10 and continuously separate ammonia gas from the pre-saccharification product. For example, the separation device 4 causes the heat medium to flow through a multi-tube heating tube provided in the main body shell, rotates the multi-tube heating tube, and contacts the heating tube bundle with the pre-saccharification pre-treatment product. Is heated to dissipate ammonia from the pre-saccharification product to separate ammonia gas.

分離装置4は、上部に、糖化前処理物中のバイオマスから分離されたアンモニアガスを導出するアンモニアガス導管16が接続されている。アンモニアガス導管16は、第1熱交換器17(本発明の第2の熱回収手段に相当する)を介して吸収塔5に接続されている。   The separation device 4 is connected to an upper portion thereof with an ammonia gas conduit 16 for extracting ammonia gas separated from the biomass in the pre-saccharification product. The ammonia gas conduit 16 is connected to the absorption tower 5 via a first heat exchanger 17 (corresponding to the second heat recovery means of the present invention).

また、アンモニアガス導管16は、第1熱交換器17と吸収塔5との間に、アンモニアガスを吸引して吸収塔5に排出する真空ポンプ18を備える。糖化前処理物は、分離装置4に供給されてから分離装置4から排出されるまで分離装置4内を移動して、加熱されるだけでは、アンモニアを十分に放散させることは困難である。そのため、真空ポンプ18によりアンモニアガスを吸引することで、分離装置4内の糖化前処理物からアンモニアを十分に分離する。   The ammonia gas conduit 16 includes a vacuum pump 18 that sucks ammonia gas and discharges it to the absorption tower 5 between the first heat exchanger 17 and the absorption tower 5. It is difficult to sufficiently dissipate ammonia by simply moving the pre-saccharification product from the separation device 4 to the discharge from the separation device 4 until it is heated and heated. Therefore, ammonia is sufficiently separated from the pre-saccharification product in the separation device 4 by sucking ammonia gas with the vacuum pump 18.

第1熱交換器17を用いてアンモニアガスから熱を回収すると、アンモニアガス中の水分が凝縮する。第1熱交換器17は、凝縮した水を回収するために、凝縮水回収導管19が接続されている。凝縮水回収導管19は吸収塔5に接続され、回収された凝縮水はアンモニア水を生成するための水として用いられる。   When heat is recovered from the ammonia gas using the first heat exchanger 17, moisture in the ammonia gas is condensed. The first heat exchanger 17 is connected to a condensed water recovery conduit 19 in order to recover the condensed water. The condensed water recovery conduit 19 is connected to the absorption tower 5, and the recovered condensed water is used as water for generating ammonia water.

また、分離装置4は、底部に、移送導管7が接続されている。移送導管7は、後工程6に接続されている。   Further, the separation device 4 has a transfer conduit 7 connected to the bottom. The transfer conduit 7 is connected to the post-process 6.

吸収塔5は、分離装置4により分離されたアンモニアガスを水に吸収させてアンモニア水とし、アンモニア水を底部に貯留するように構成されている。吸収塔5は、底部にアンモニア水を導出するアンモニア水導出導管21が接続されている。アンモニア水導出導管21は、ポンプ22を介して、アンモニア水タンク13に接続されている。   The absorption tower 5 is configured to absorb the ammonia gas separated by the separation device 4 into water to form ammonia water, and store the ammonia water at the bottom. The absorption tower 5 is connected to an ammonia water outlet conduit 21 for extracting ammonia water at the bottom. The ammonia water outlet conduit 21 is connected to the ammonia water tank 13 via a pump 22.

吸収塔5は、吸収塔5上部にシャワリング装置23を備え、吸収塔5底部からアンモニア水を抜き出しシャワリング装置23に供給するアンモニア水循環導管24とが接続されている。   The absorption tower 5 is provided with a showering device 23 at the top of the absorption tower 5, and is connected to an ammonia water circulation conduit 24 that extracts ammonia water from the bottom of the absorption tower 5 and supplies the ammonia water to the showering device 23.

アンモニア水循環導管24は、第2熱交換器(本発明の第1の熱回収手段に相当する)25を備え、吸収塔5と第2熱交換器25との間に、吸収塔5底部からアンモニア水を吸引して吸収塔5のシャワリング装置23に供給するポンプ26を備える。   The ammonia water circulation conduit 24 includes a second heat exchanger (corresponding to the first heat recovery means of the present invention) 25, and ammonia is introduced from the bottom of the absorption tower 5 between the absorption tower 5 and the second heat exchanger 25. A pump 26 is provided which sucks water and supplies it to the showering device 23 of the absorption tower 5.

アンモニア水タンク13は、貯留されるアンモニア水の濃度を検出するアンモニア濃度センサ27と、アンモニア水タンク13に濃アンモニア水を供給する濃アンモニア水供給導管28とを備える。   The ammonia water tank 13 includes an ammonia concentration sensor 27 that detects the concentration of the stored ammonia water, and a concentrated ammonia water supply conduit 28 that supplies concentrated ammonia water to the ammonia water tank 13.

熱伝達管路8は、例えば水等の第1熱媒体が管路8内を循環する管路であり、管路8の途中に、第1熱交換器17、第2熱交換器25、第3熱交換器29、緩衝タンク30を備えている。   The heat transfer pipe 8 is a pipe through which, for example, a first heat medium such as water circulates in the pipe 8, and in the middle of the pipe 8, the first heat exchanger 17, the second heat exchanger 25, the second heat exchanger 3 A heat exchanger 29 and a buffer tank 30 are provided.

熱伝達管路8は、緩衝タンク30内に貯留された第1熱媒体を第1熱交換器17、次いで第3熱交換器29に送液し、第1熱媒体を熱伝達管路8内で循環させるポンプ31を備えている。また、熱伝達管路8は、熱伝達管路8内で循環する第1熱媒体の循環流量を調整する制御弁32を備えている。   The heat transfer pipe 8 sends the first heat medium stored in the buffer tank 30 to the first heat exchanger 17 and then to the third heat exchanger 29, and the first heat medium is transferred to the heat transfer pipe 8. It is provided with a pump 31 for circulation. In addition, the heat transfer pipe 8 includes a control valve 32 that adjusts the circulation flow rate of the first heat medium that circulates in the heat transfer pipe 8.

熱伝達管路8は、アンモニアガスから熱を回収するために第1熱交換器17の一次側と、凝縮熱を回収するために第2熱交換器25の一次側と、第1ヒートポンプ9に熱を供給するために第3熱交換器29の二次側とに接続されている。   The heat transfer line 8 connects the primary side of the first heat exchanger 17 for recovering heat from the ammonia gas, the primary side of the second heat exchanger 25 for recovering condensation heat, and the first heat pump 9. It is connected to the secondary side of the third heat exchanger 29 for supplying heat.

第1ヒートポンプ9は、例えばR134a(CF3CH2F)等の第2熱媒体が循環する第1循環導管33を備え、第1循環導管33の途中に、第4熱交換器34、膨張弁35、第3熱交換器29、圧縮機36を備えている。 The first heat pump 9 includes a first circulation conduit 33 through which a second heat medium such as R134a (CF 3 CH 2 F) circulates, and a fourth heat exchanger 34 and an expansion valve are provided in the middle of the first circulation conduit 33. 35, a third heat exchanger 29, and a compressor 36.

第1循環導管33は、第1熱媒体から熱を回収するために第3熱交換器29の一次側と、第2ヒートポンプ10に熱を供給するために第4熱交換器34の二次側とに接続されている。   The first circulation conduit 33 includes a primary side of the third heat exchanger 29 for recovering heat from the first heat medium and a secondary side of the fourth heat exchanger 34 for supplying heat to the second heat pump 10. And connected to.

第2ヒートポンプ10は、例えばR245fa(CFCHCHF)等の第3熱媒体が循環する第2循環導管37を備え、第2循環導管37の途中に、分離装置4、膨張弁38、第3熱交換器34、圧縮機39を備えている。 The second heat pump 10 includes a second circulation conduit 37 through which a third heat medium such as R245fa (CF 3 CH 2 CHF 2 ) circulates. The separation device 4, the expansion valve 38, A third heat exchanger 34 and a compressor 39 are provided.

第2循環導管37は、第1ヒートポンプ9から熱を回収するために第4熱交換器34の一次側と、糖化前処理物を加熱してアンモニアガスを分離するために分離装置4の二次側とに接続されている。   The second circulation conduit 37 includes a primary side of the fourth heat exchanger 34 for recovering heat from the first heat pump 9 and a secondary of the separation device 4 for heating the saccharification pretreatment product to separate ammonia gas. Connected to the side.

次に、図1を参照して、本実施形態のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置1の作動について説明する。   Next, the operation of the lignocellulosic biomass saccharification pretreatment device 1 of this embodiment will be described with reference to FIG.

本実施形態のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置1では、まず、投入口11からミキサー2にリグノセルロース系バイオマスが投入される。リグノセルロース系バイオマスは、例えば稲藁であり、図示しないカッターミルにより目開き3mmのメッシュを通過する大きさに粉砕した後、投入口11に供給される。   In the lignocellulosic biomass saccharification pretreatment device 1 of the present embodiment, first, lignocellulosic biomass is charged into the mixer 2 from the charging port 11. The lignocellulosic biomass is, for example, rice straw, and is supplied to the input port 11 after being pulverized by a cutter mill (not shown) so as to pass through a mesh having an opening of 3 mm.

次に、アンモニア水タンク13内のアンモニア水が、ポンプ14により、アンモニア水供給導管12を介してミキサー2内に供給される。このとき、ミキサー2内に供給されるアンモニア水の濃度は、例えば、25質量%とされている。   Next, the ammonia water in the ammonia water tank 13 is supplied into the mixer 2 by the pump 14 via the ammonia water supply conduit 12. At this time, the concentration of the ammonia water supplied into the mixer 2 is, for example, 25% by mass.

バイオマスとアンモニア水は、バイオマスの乾燥質量と25質量%のアンモニア水が質量比1:1になるようにミキサー2に供給される。   The biomass and the ammonia water are supplied to the mixer 2 so that the dry mass of the biomass and the 25 mass% ammonia water are in a mass ratio of 1: 1.

次に、バイオマスとアンモニア水とはミキサー2により混合され、バイオマスとアンモニア水とが混合した基質混合物が形成される。ミキサー2内で形成された基質混合物は、ミキサー2下部に設けられた貯留タンク3において、所定温度、例えば25℃で、所定時間、例えば100時間貯留される。貯留タンク3で貯留される間に、バイオマスがアンモニア水により膨潤されると共に、バイオマス中のセルロース及びヘミセルロースと結合しているリグニンがバイオマスから解離した糖化前処理物が形成される。   Next, the biomass and the ammonia water are mixed by the mixer 2 to form a substrate mixture in which the biomass and the ammonia water are mixed. The substrate mixture formed in the mixer 2 is stored in a storage tank 3 provided below the mixer 2 at a predetermined temperature, for example, 25 ° C., for a predetermined time, for example, 100 hours. While being stored in the storage tank 3, the biomass is swollen with aqueous ammonia, and a saccharification pretreatment product is formed in which the lignin bound to the cellulose and hemicellulose in the biomass is dissociated from the biomass.

次に、糖化前処理物は、パウダーフィーダ15を介して分離装置4に供給される。このとき、分離装置4に供給された糖化前処理物は、第2ヒートポンプ10で加熱された第3熱媒体により加熱される。そして、分離装置4内の糖化前処理物からアンモニアが放散され、糖化前処理物からアンモニアガスが分離される。   Next, the pre-saccharification product is supplied to the separation device 4 via the powder feeder 15. At this time, the pre-saccharification product supplied to the separation device 4 is heated by the third heat medium heated by the second heat pump 10. Then, ammonia is diffused from the pre-saccharification product in the separation device 4, and ammonia gas is separated from the pre-saccharification product.

本実施形態の分離手段4は、分離装置4内の糖化前処理物の流れと第3熱媒体の流れとが対向流となるように構成されている。   The separation means 4 of the present embodiment is configured such that the flow of the pre-saccharification product in the separation device 4 and the flow of the third heat medium are counterflows.

分離装置4内に供給される糖化前処理物は、分離装置4に供給されてから分離装置4から排出されるまで分離装置4内を移動し、また、分離装置4内で加熱されることによりアンモニアが放散するので、次第に糖化前処理物中のアンモニア水の濃度が低下する。そのため、糖化前処理物中のアンモニア水の濃度が低下すると、アンモニア水の沸点が上昇する。   The saccharification pretreatment product supplied into the separation device 4 moves in the separation device 4 from being supplied to the separation device 4 until being discharged from the separation device 4, and is heated in the separation device 4. Since ammonia is diffused, the concentration of ammonia water in the pre-saccharification product gradually decreases. For this reason, when the concentration of ammonia water in the pre-saccharification product decreases, the boiling point of the ammonia water increases.

そこで、分離装置4内の糖化前処理物の流れと第3熱媒体の流れとを対向流とし、かつ、糖化前処理物が分離装置4に供給されてから分離装置4から排出されるまでの間、糖化前処理物からアンモニアガスを十分に分離するために必要な糖化前処理物と第3熱媒体との温度差を確保することにより、効率の良い熱交換を行う。   Therefore, the flow of the pre-saccharification product in the separation device 4 and the flow of the third heat medium are counterflowed, and the saccharification pre-treatment product is supplied to the separation device 4 and discharged from the separation device 4. Meanwhile, efficient heat exchange is performed by securing a temperature difference between the pre-saccharification product and the third heat medium necessary for sufficiently separating ammonia gas from the pre-saccharification product.

アンモニアガスは、アンモニアガス導管16に設けられた真空ポンプ18により吸引され、アンモニアガス導管16の第1熱交換器17を経由して吸収塔5に供給される。吸収塔5に供給されたアンモニアガスは、シャワリング装置23からシャワリングされるアンモニア水に吸収され、アンモニア水として吸収塔5の底部に貯留される。   The ammonia gas is sucked by a vacuum pump 18 provided in the ammonia gas conduit 16 and supplied to the absorption tower 5 via the first heat exchanger 17 of the ammonia gas conduit 16. The ammonia gas supplied to the absorption tower 5 is absorbed by the ammonia water showered from the showering device 23 and stored at the bottom of the absorption tower 5 as ammonia water.

このとき、アンモニアガスは、第1熱交換器17により余剰の熱が回収されているので、シャワリング装置23からシャワリングされるアンモニア水に吸収されやすくなっている。しかし、アンモニアガスが水に溶解するときには溶解熱が発生するので、溶解熱によりアンモニア水の温度が上昇すると、アンモニアが水に十分に溶解しなくなることが懸念される。   At this time, since excess heat is recovered by the first heat exchanger 17, the ammonia gas is easily absorbed by the ammonia water showered from the showering device 23. However, since the heat of dissolution is generated when the ammonia gas is dissolved in water, there is a concern that if the temperature of the ammonia water is increased by the heat of dissolution, the ammonia will not be sufficiently dissolved in the water.

そこで、本実施形態では、吸収塔5の底部に貯留されているアンモニア水がアンモニア水循環導管24を介して吸収塔5に還流される際に、アンモニア水循環導管24に設けられた第2熱交換器25により溶解熱を回収するように構成されている。この結果、吸収塔5では、十分な量のアンモニアガスがシャワリング装置23からシャワリングされるアンモニア水に吸収され、アンモニア水として回収される。   Therefore, in the present embodiment, when the ammonia water stored at the bottom of the absorption tower 5 is returned to the absorption tower 5 through the ammonia water circulation conduit 24, the second heat exchanger provided in the ammonia water circulation conduit 24 is provided. 25 to recover the heat of dissolution. As a result, in the absorption tower 5, a sufficient amount of ammonia gas is absorbed by the ammonia water showered from the showering device 23 and recovered as ammonia water.

また、アンモニア水タンク13では、アンモニア濃度センサ27により貯留されているアンモニア水中のアンモニア濃度が検知され、検知されたアンモニア濃度に応じて、濃アンモニア水供給導管28を介して濃アンモニア水が供給される。この結果、アンモニア水タンク13内のアンモニア水は、例えば、25質量%のアンモニア濃度に調整され、アンモニア水供給導管12を介してミキサー2に供給される。   In the ammonia water tank 13, the ammonia concentration in the ammonia water stored by the ammonia concentration sensor 27 is detected, and concentrated ammonia water is supplied via the concentrated ammonia water supply conduit 28 in accordance with the detected ammonia concentration. The As a result, the ammonia water in the ammonia water tank 13 is adjusted to, for example, an ammonia concentration of 25% by mass and supplied to the mixer 2 via the ammonia water supply conduit 12.

一方、分離装置4でアンモニアガスが分離された糖化前処理物は、移送導管7を介して、後工程6に移送される。後工程6は、例えば、アンモニアガスが分離された糖化前処理物に、所定量の水と糖化酵素とを投入することにより、バイオマスに含まれるセルロースを酵素糖化処理する工程である。   On the other hand, the pre-saccharification product from which the ammonia gas has been separated by the separation device 4 is transferred to the post-process 6 via the transfer conduit 7. The post-process 6 is a process in which cellulose contained in biomass is subjected to an enzymatic saccharification treatment, for example, by adding a predetermined amount of water and a saccharifying enzyme to a pre-saccharification product from which ammonia gas has been separated.

このとき、アンモニアガスが分離された糖化前処理物中のアンモニアは、分離装置4で加熱されることによりアンモニアガスとなり、また、真空ポンプ18によりアンモニアガスが吸引される。従って、アンモニアガスが糖化前処理物から十分に分離し、極微量のアンモニア、例えば10ppm程度のアンモニアが残留する糖化前処理物が後工程6に移送される。   At this time, the ammonia in the pre-saccharification product from which the ammonia gas has been separated becomes ammonia gas by being heated by the separation device 4, and the ammonia gas is sucked by the vacuum pump 18. Therefore, ammonia gas is sufficiently separated from the pre-saccharification product, and the pre-saccharification product in which a very small amount of ammonia, for example, about 10 ppm of ammonia remains, is transferred to the post-process 6.

ここで、第1熱交換器17及び第2熱交換器25により回収された熱は、熱伝達管路8内を循環する第1熱媒体を介して、第1ヒートポンプ9に伝達される。   Here, the heat recovered by the first heat exchanger 17 and the second heat exchanger 25 is transmitted to the first heat pump 9 via the first heat medium circulating in the heat transfer pipe 8.

熱伝達管路8に用いられる第1熱媒体として、例えば水を熱媒体として用いる場合、緩衝タンク30に貯留された水を、ポンプ31により第1熱交換器17の一次側に供給される。この結果、第1熱交換器17に供給された水は、第1熱交換器17においてアンモニアガスの余熱を回収して温度上昇する。   For example, when water is used as the heat medium as the first heat medium used in the heat transfer pipe 8, the water stored in the buffer tank 30 is supplied to the primary side of the first heat exchanger 17 by the pump 31. As a result, the temperature of the water supplied to the first heat exchanger 17 rises by recovering the residual heat of the ammonia gas in the first heat exchanger 17.

そして、第1熱交換器17においてアンモニアガスの余熱を回収した水は、第3熱交換器29の二次側に送液される。この結果、第3熱交換器29に送液された水は、第1ヒートポンプ9の第2熱媒体に熱を供給して冷却される。   Then, the water that has recovered the residual heat of the ammonia gas in the first heat exchanger 17 is sent to the secondary side of the third heat exchanger 29. As a result, the water sent to the third heat exchanger 29 is cooled by supplying heat to the second heat medium of the first heat pump 9.

第3熱交換器29において冷却された水は、第2熱交換器25の一次側に供給される。この結果、第2熱交換器25の一次側に供給された水は、第2熱交換器25においてアンモニアガスの溶解熱を回収して温度上昇する。第2熱交換器25においてアンモニアガスの溶解熱を回収した水は、緩衝タンク30に供給される。   The water cooled in the third heat exchanger 29 is supplied to the primary side of the second heat exchanger 25. As a result, the temperature of the water supplied to the primary side of the second heat exchanger 25 rises by recovering the heat of dissolution of the ammonia gas in the second heat exchanger 25. The water that has recovered the heat of dissolution of the ammonia gas in the second heat exchanger 25 is supplied to the buffer tank 30.

第1ヒートポンプ9は、第2熱媒体として、例えばR134a(CF3CH2F)を用いる場合、第1循環導管33を循環するR134aを、まず膨張弁35で膨張させた後、第3熱交換器29の一次側に供給する。この結果、R134aは、第3熱交換器29において熱伝達管路8の第1熱媒体を介して伝達された熱を吸収して温度上昇する。 For example, when R134a (CF 3 CH 2 F) is used as the second heat medium, the first heat pump 9 first expands the R134a circulating through the first circulation conduit 33 by the expansion valve 35, and then performs the third heat exchange. Supply to the primary side of the vessel 29. As a result, R134a absorbs the heat transferred through the first heat medium in the heat transfer pipe 8 in the third heat exchanger 29 and rises in temperature.

次に、第3熱交換器29を通過したR134aは圧縮機36に供給されて圧縮される。圧縮機36において圧縮されたR134aは、第4熱交換器34の二次側に供給され、第4熱交換器34の一次側の第3熱媒体を加熱する。そして、第4熱交換器34を通過したR134aは、膨張弁35に供給される。   Next, R134a that has passed through the third heat exchanger 29 is supplied to the compressor 36 and compressed. R134a compressed in the compressor 36 is supplied to the secondary side of the fourth heat exchanger 34, and heats the third heat medium on the primary side of the fourth heat exchanger 34. Then, R134a that has passed through the fourth heat exchanger 34 is supplied to the expansion valve 35.

第2ヒートポンプ10は、第3熱媒体として、例えばR245fa(CFCHCHF)を用いる場合、第2循環導管37を循環するR245faを、まず膨張弁38で膨張させた後、第4熱交換器34の一次側に供給する。この結果、R245faは、第4熱交換器34において第1ヒートポンプ9が生成した熱を吸収して温度上昇する。 When the second heat pump 10 uses, for example, R245fa (CF 3 CH 2 CHF 2 ) as the third heat medium, the R245fa circulating through the second circulation conduit 37 is first expanded by the expansion valve 38 and then the fourth heat Supply to the primary side of the exchanger 34. As a result, R245fa absorbs the heat generated by the first heat pump 9 in the fourth heat exchanger 34 and rises in temperature.

次に、第4熱交換器34を通過したR245faは圧縮機39に供給されて圧縮される。圧縮機39において圧縮されたR245faは、分離装置4の二次側に供給され、分離装置4の一次側の糖化前処理物を加熱し、糖化前処理物からアンモニアを放散させて分離する。そして、分離装置4を通過したR245faは、膨張弁38に供給される。   Next, R245fa that has passed through the fourth heat exchanger 34 is supplied to the compressor 39 and compressed. R245fa compressed in the compressor 39 is supplied to the secondary side of the separation device 4 and heats the saccharification pretreatment product on the primary side of the separation device 4 to separate ammonia by diffusing ammonia from the saccharification pretreatment product. Then, R245fa that has passed through the separation device 4 is supplied to the expansion valve 38.

一方、分離装置4に供給された糖化前処理物は加熱されて、糖化前処理物からアンモニアが分離された後、後工程6に移送される。   On the other hand, the pre-saccharification product supplied to the separation device 4 is heated and ammonia is separated from the pre-saccharification product, and then transferred to the post-process 6.

尚、本実施形態では、熱伝達管路8に設けられた制御弁32により、熱伝達管路8を循環する第1熱媒体である水の流量が調整される。   In the present embodiment, the flow rate of water that is the first heat medium circulating in the heat transfer pipe 8 is adjusted by the control valve 32 provided in the heat transfer pipe 8.

第1熱媒体である水の流量を調整することにより、第1ヒートポンプ9の第2熱媒体であるR134a又は第2ヒートポンプ10の熱媒体であるR245faとの流量比率が調整される。そして、第1熱媒体である水と、第1ヒートポンプ9のR134a又は第2ヒートポンプ10のR245faとの流量比率の調整により、第1熱媒体である水、第1ヒートポンプ9の第2熱媒体であるR134a及び第2ヒートポンプ10の第3熱媒体であるR245faの温度が調整され、第2ヒートポンプ10で生成されて分離装置4に供給される熱量が調整される。   By adjusting the flow rate of the water that is the first heat medium, the flow rate ratio with R134a that is the second heat medium of the first heat pump 9 or R245fa that is the heat medium of the second heat pump 10 is adjusted. Then, by adjusting the flow rate ratio between water as the first heat medium and R134a of the first heat pump 9 or R245fa of the second heat pump 10, the water as the first heat medium and the second heat medium of the first heat pump 9 The temperature of a certain R134a and the R245fa that is the third heat medium of the second heat pump 10 is adjusted, and the amount of heat generated by the second heat pump 10 and supplied to the separation device 4 is adjusted.

この結果、バイオマスやアンモニアガス等の負荷変動に対して、第1ヒートポンプ9及び第2ヒートポンプ10の負荷の変動を抑制する。   As a result, the load fluctuations of the first heat pump 9 and the second heat pump 10 are suppressed with respect to load fluctuations such as biomass and ammonia gas.

1…リグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置、 2…ミキサー、 3…貯留タンク、 4…分離装置、 5…吸収塔、 6…後工程、 7…移送導管、 8…熱伝達管路、 9…第1ヒートポンプ、 10…第2ヒートポンプ、17…第1熱交換器、 25…第2熱交換器、 29…第3熱交換器、 30…緩衝タンク、 33…第1循環導管、 34…第4熱交換器、 37…第2循環導管。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Lignocellulosic biomass saccharification pre-processing apparatus, 2 ... Mixer, 3 ... Storage tank, 4 ... Separation apparatus, 5 ... Absorption tower, 6 ... Post process, 7 ... Transfer conduit, 8 ... Heat transfer pipe, 9 ... First DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 heat pump, 10 ... 2nd heat pump, 17 ... 1st heat exchanger, 25 ... 2nd heat exchanger, 29 ... 3rd heat exchanger, 30 ... Buffer tank, 33 ... 1st circulation conduit, 34 ... 4th heat Exchanger 37 ... second circulation conduit.

Claims (5)

基質であるリグノセルロース系バイオマスとアンモニア水とを混合した基質混合物を得る混合手段と、
該混合手段により得られた該基質混合物を貯留して、該基質からリグニンを解離し、又は該基質を膨潤させた糖化前処理物を得る貯留手段と、
該貯留手段から供給される糖化前処理物を加熱して該糖化前処理物からアンモニアガスを連続して分離する分離手段とを備えるリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置であって、
該分離手段で分離されたアンモニアガスを水に溶解させてアンモニア水として回収するアンモニア回収手段と、
該アンモニア回収手段でアンモニアガスを水に溶解させるときに生成する溶解熱を回収する第1の熱回収手段と、
該第1の熱回収手段で回収された該溶解熱を熱源として該分離手段に供給される熱を生成し、該熱を該分離手段に供給する熱供給手段とを備えることを特徴とするリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置。
A mixing means for obtaining a substrate mixture obtained by mixing lignocellulosic biomass as a substrate and aqueous ammonia;
Storing the substrate mixture obtained by the mixing means, dissociating lignin from the substrate, or obtaining a pre-saccharification product in which the substrate is swollen;
A lignocellulosic biomass saccharification pretreatment device comprising a separation means for heating the saccharification pretreatment product supplied from the storage means and continuously separating ammonia gas from the saccharification pretreatment product,
Ammonia recovery means for dissolving ammonia gas separated by the separation means in water and recovering it as ammonia water;
First heat recovery means for recovering heat of dissolution generated when ammonia gas is dissolved in water by the ammonia recovery means;
And a heat supply means for generating heat to be supplied to the separation means using the heat of dissolution recovered by the first heat recovery means as a heat source, and supplying the heat to the separation means. Cellulosic biomass saccharification pretreatment equipment.
請求項1記載のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置において、
前記熱供給手段は、熱伝達手段と、第1のヒートポンプ手段と、第2のヒートポンプ手段とからなり、
該熱伝達手段は、前記第1の熱回収手段により回収された溶解熱を熱源として、該熱伝達手段内を循環する第1の熱媒体を加熱し、該第1のヒートポンプ手段に伝達される熱を生成し、
該第1のヒートポンプ手段は、該熱伝達手段により伝達された熱を熱源として、該第1のヒートポンプ手段内を循環する第2の熱媒体を加熱し、該第2のヒートポンプ手段に供給される熱を生成し、
該第2のヒートポンプ手段は、該第1のヒートポンプ手段により生成された熱を熱源として、該第2のヒートポンプ手段内を循環する第3の熱媒体を加熱し、前記分離手段に供給される熱を生成することを特徴とするリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置。
In the lignocellulosic biomass saccharification pretreatment device according to claim 1,
The heat supply means comprises a heat transfer means, a first heat pump means, and a second heat pump means,
The heat transfer means heats the first heat medium circulating in the heat transfer means using the heat of dissolution recovered by the first heat recovery means as a heat source, and is transmitted to the first heat pump means. Generate heat,
The first heat pump means heats the second heat medium circulating in the first heat pump means by using the heat transferred by the heat transfer means as a heat source, and is supplied to the second heat pump means. Generate heat,
The second heat pump means heats the third heat medium circulating in the second heat pump means by using the heat generated by the first heat pump means as a heat source, and supplies the heat to the separation means A lignocellulosic biomass saccharification pretreatment device characterized in that
請求項2記載のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置において、
前記分離手段で分離されたアンモニアガスから熱を回収する第2の熱回収手段を備え、
前記熱伝達手段は、前記第1の熱回収手段により回収された溶解熱と、該第2の熱回収手段により回収された熱とを熱源として、前記第1の熱媒体を加熱し、前記第1のヒートポンプ手段に伝達される熱を生成することを特徴とするリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置。
In the lignocellulosic biomass saccharification pretreatment device according to claim 2,
A second heat recovery means for recovering heat from the ammonia gas separated by the separation means;
The heat transfer means heats the first heat medium using the heat of dissolution recovered by the first heat recovery means and the heat recovered by the second heat recovery means as a heat source, and A lignocellulosic biomass saccharification pretreatment apparatus, which generates heat transmitted to one heat pump means.
請求項2又は請求項3記載のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置において、
前記熱伝達手段は、該熱伝達手段内を循環する第1の熱媒体を貯留し、該熱伝達手段内を循環する該第1の熱媒体と前記第2の熱媒体又は前記第3の熱媒体との流量比率を調整する流量調整手段を備えることを特徴とするリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置。
In the lignocellulosic biomass saccharification pretreatment device according to claim 2 or 3,
The heat transfer means stores a first heat medium circulating in the heat transfer means, and the first heat medium and the second heat medium or the third heat circulating in the heat transfer means. A lignocellulosic biomass saccharification pretreatment device comprising flow rate adjusting means for adjusting a flow rate ratio with a medium.
請求項2乃至請求項4のいずれか一項記載のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置において、
前記分離手段内の前記糖化前処理物の流れと前記第3の熱媒体の流れとが対向流であることを特徴とするリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置。
In the lignocellulosic biomass saccharification pretreatment device according to any one of claims 2 to 4,
The lignocellulosic biomass saccharification pretreatment apparatus, wherein the flow of the pre-saccharification product in the separation means and the flow of the third heat medium are counterflows.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014057547A (en) * 2012-09-18 2014-04-03 Honda Motor Co Ltd Method of pretreating biomass

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5106354B2 (en) * 2008-11-13 2012-12-26 本田技研工業株式会社 Lignocellulosic biomass saccharification pretreatment equipment
JP5106370B2 (en) * 2008-12-16 2012-12-26 本田技研工業株式会社 Lignocellulosic biomass saccharification pretreatment equipment
CN109354099A (en) * 2018-12-18 2019-02-19 山东金洋药业有限公司 Waste ammonia liquor recycling and processing device and its processing method in the production of L- hydroxyproline

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007198633A (en) * 2006-01-24 2007-08-09 Honda Motor Co Ltd Air conditioning method, air conditioning equipment, and control method of air conditioning equipment
JP2008537886A (en) * 2005-04-12 2008-10-02 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー Concentration of separate supply streams in biomass processing and utilization
WO2009045654A2 (en) * 2007-08-22 2009-04-09 E. I. Du Pont De Nemours And Company Improved biomass pretreatment
JP2010142680A (en) * 2008-12-16 2010-07-01 Honda Motor Co Ltd Pretreatment device for saccharification of lignocellulose-based biomass

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8968515B2 (en) * 2006-05-01 2015-03-03 Board Of Trustees Of Michigan State University Methods for pretreating biomass
JP5106354B2 (en) 2008-11-13 2012-12-26 本田技研工業株式会社 Lignocellulosic biomass saccharification pretreatment equipment

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008537886A (en) * 2005-04-12 2008-10-02 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー Concentration of separate supply streams in biomass processing and utilization
JP2007198633A (en) * 2006-01-24 2007-08-09 Honda Motor Co Ltd Air conditioning method, air conditioning equipment, and control method of air conditioning equipment
WO2009045654A2 (en) * 2007-08-22 2009-04-09 E. I. Du Pont De Nemours And Company Improved biomass pretreatment
JP2010142680A (en) * 2008-12-16 2010-07-01 Honda Motor Co Ltd Pretreatment device for saccharification of lignocellulose-based biomass

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014057547A (en) * 2012-09-18 2014-04-03 Honda Motor Co Ltd Method of pretreating biomass

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